(57)【要約】【課題】  モノクロメータのオンオフを、取得データの劣化を押さえ、信頼性の低下を伴うことなく速やかに行う電子顕微鏡を実現する。【解決手段】  モノクロメータ１２のオンオフ動作を、電源のオンオフ動作を繰り返し行うことなく、駆動電圧源３６の出力電圧調整および３端子スイッチ４１の切り換え動作のみで行うこととしているので、電源のオンオフに伴う出力電圧の安定化までの時間を設けること無く、確実で信頼性の高いモノクロメータ１２のオンオフ動作を行うことを実現させる。【選択図】        図２
2006269101.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子ビームを発生する電子銃と、
前記電子ビームのエネルギーを単色化するウイーンフィルタを有するモノクロメータと、
前記モノクロメータの前記ウイーンフィルタが内蔵される筐体を電気的に安定させ、かつ前記電子ビームを加速する筐体電圧を発生するモノクロメータ電源と、
前記筐体電圧を接地電位として、前記ウイーンフィルタに出力される駆動電圧および駆動電流を発生する出力可変のフィルタ電源と、
前記モノクロメータ電源あるいは前記フィルタ電源の出力と前記ウイーンフィルタとを電気的に切り換え接続する電源切換手段と、
前記電子ビームを単色化しない際に、前記駆動電圧の出力を概ね零ボルトとし、前記モノクロメータ電源の出力および前記ウイーンフィルタを電気的に接続する制御部と、
を備える電子顕微鏡。
【請求項２】
前記電源切換手段は、前記モノクロメータ電源、前記フィルタ電源および前記ウイーンフィルタの３つの入出力端子が電気的に各端子と接続される３端子スイッチを備えることを特徴とする請求項１に記載の電子顕微鏡。
【請求項３】
前記電源切換手段は、前記フィルタ電源および前記ウイーンフィルタを電気的に接続する電源ライン、並びに、前記モノクロメータ電源の入出力端子が電気的に各端子と接続される２端子スイッチを備えることを特徴とする請求項１に記載の電子顕微鏡。
【請求項４】
前記フィルタ電源は、前記駆動電圧の出力端子に電気抵抗を備えることを特徴とする請求項２あるいは３に記載の電子顕微鏡。
【請求項５】
前記フィルタ電源は、前記駆動電流の出力端子と電気的に接続され、ＡＣ電流を重畳するＡＣ電流源を備えることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の電子顕微鏡。
【請求項６】
前記制御部は、前記フィルタ電源から出力される駆動電流の大きさを変更する際に、前記変更の直後に前記ＡＣ電流を重畳することを特徴とする請求項５に記載の電子顕微鏡。
【請求項７】
前記制御部は、前記電子ビームを単色化しない際に、前記駆動電流の出力を概ね零アンペアとし、前記ＡＣ電流を前記出力に重畳の後に、前記モノクロメータ電源の出力および前記ウイーンフィルタを電気的に接続することを特徴とする請求項５または６に記載の電子顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ウイーンフィルタを有するモノクロメータにより、電子ビームのエネルギーを単色化する電子顕微鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）等の電子顕微鏡を用いて取得される顕微鏡像等の取得データを改善することを目的として、電子ビームを発生する電界放出型電子銃（以下、電子銃と称する）の直下に電子ビームのエネルギーフィルタであるモノクロメータが装着される。このモノクロメータは、電子銃から射出される電子ビームから、特定のエネルギーを有するもののみを選択する単色化を行い、エネルギー分解能の向上を計る（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
一方、この電子ビームの単色化により、モノクロメータの有する収差に起因する試料上の電子ビームサイズの拡大、さらに電子銃が射出する電子ビームの中から抽出されることに起因する電流量の減少が生じる。これにより、電子ビームの単色化により、エネルギー分解能を省いた取得データの特性は劣化する。
【０００４】
これらのことから、モノクロメータは、撮像目的に応じてオンオフされ、オペレータにとって最適な取得データの取得が計られる。ここで、モノクロメータの動作をオンオフする手段として、
（１）モノクロメータの電子ビーム出力部分に存在するスリットを開閉する。
（２）モノクロメータを動作させるフィルタ電源の出力を可変にする。
（３）モノクロメータを装着する電子顕微鏡の接地端子にモノクロメータの電源入力          部をオンオフ接続する。
等のことが行われる。
【特許文献１】特開平１１―１３５０４７号公報、（第１頁、図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記背景技術によれば、取得データの劣化、電源回路の破壊による電子顕微鏡の信頼性の低下およびモノクロメータのオンオフを行う切り替え時間の長時間化が生じる。すなわち、（１）のスリットを開閉する場合には、単色化を行わないスリットの開放時に、モノクロメータの収差がそのまま電子ビームに反映され、試料に照射される電子ビームサイズの拡大が生じ、取得データの劣化を引き起こす。
【０００６】
また、（２）のフィルタ電源の出力を可変にする場合には、モノクロメータの入力電圧あるいは電流を概ねを零にすることができる。しかし、この電源出力は、若干の不安定さを有するものであり、しかも直接キャパシタあるいはコイルに接続されるものなので、電子ビームのフィルタリングに直接的な影響を与え、取得データの劣化を引き起こす。
【０００７】
また、（３）のモノクロメータの電源入力部を電子顕微鏡の接地端子と直接オンオフ接続する場合には、単色化を行う際のモノクロメータ電源出力が、数十万ボルトの電子ビーム加速電圧に重畳されたものなので、モノクロメータをオフする際には、この電位差を短絡することになる。この短絡により、放電等の突入電流が生じ、電子機器を破壊することも生じる。
【０００８】
さらに、この短絡による突入電流を防止するために、電子ビーム加速電圧を接地電圧まで減少させ、その後で短絡することもできる。しかし、電子ビーム加速電圧の昇降は、電圧の安定性を考慮すると、数時間を要するものであり、実用的な手段とは言えない。
【０００９】
また、上述したモノクロメータのオンオフ時には、モノクロメータ内で磁場の形成に係わる磁性体のヒステリシスに起因する、残留磁場が発生する。この残留磁場は、モノクロメータの収差を大きなものとし、試料に照射される電子ビームサイズを拡大させ、取得データの劣化を引き起こす。
【００１０】
これらのことから、モノクロメータのオンオフを、取得データの劣化を押さえ、信頼性の低下を伴うことなく速やかに行う電子顕微鏡をいかに実現するかが重要となる。
この発明は、上述した背景技術による課題を解決するためになされたものであり、モノクロメータのオンオフを、取得データの劣化を押さえ、信頼性の低下を伴うことなく速やかに行う電子顕微鏡を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、請求項１に記載の発明にかかる電子顕微鏡は、電子ビームを発生する電子銃と、前記電子ビームのエネルギーを単色化するウイーンフィルタを有するモノクロメータと、前記モノクロメータの前記ウイーンフィルタが内蔵される筐体を電気的に安定させ、かつ前記電子ビームを加速する筐体電圧を発生するモノクロメータ電源と、前記筐体電圧を接地電位として、前記ウイーンフィルタに出力される駆動電圧および駆動電流を発生する出力可変のフィルタ電源と、前記モノクロメータ電源あるいは前記フィルタ電源の出力と前記ウイーンフィルタとを電気的に切り換え接続する電源切換手段と、前記電子ビームを単色化しない際に、前記駆動電圧の出力を概ね零ボルトとし、前記モノクロメータ電源の出力および前記ウイーンフィルタを電気的に接続する制御部と、を備える。
【００１２】
この請求項１に記載の発明では、電源切換手段により、モノクロメータ電源あるいはフィルタ電源の出力とウイーンフィルタとを電気的に切り換え接続し、制御部は、電子ビームを単色化しない際に、駆動電圧の出力を概ね零ボルトとし、モノクロメータ電源の出力およびウイーンフィルタを電気的に接続する。
【００１３】
また、請求項２に記載の発明にかかる電子顕微鏡は、請求項１に記載の発明において、前記電源切換手段が、前記モノクロメータ電源、前記フィルタ電源および前記ウイーンフィルタの３つの入出力端子が電気的に各端子と接続される３端子スイッチを備えることを特徴とする。
【００１４】
この請求項２に記載の発明では、電源切換手段は、３端子スイッチの各端子と、モノクロメータ電源、フィルタ電源およびウイーンフィルタの３つの入出力端子とが電気的に接続される。
【００１５】
また、請求項３に記載の発明にかかる電子顕微鏡は、請求項１に記載の発明において、前記電源切換手段が、前記フィルタ電源および前記ウイーンフィルタを電気的に接続する電源ライン、並びに、前記モノクロメータ電源の入出力端子が電気的に各端子と接続される２端子スイッチを備えることを特徴とする。
【００１６】
この請求項３に記載の発明では、電源切換手段は、２端子スイッチの各端子と、フィルタ電源およびウイーンフィルタを電気的に接続する電源ライン、並びに、モノクロメータ電源の入出力端子とが電気的に接続される。
【００１７】
また、請求項４に記載の発明にかかる電子顕微鏡は、請求項２あるいは３に記載の発明において、前記フィルタ電源が、前記駆動電圧の出力端子に電気抵抗を備えることを特徴とする。
【００１８】
この請求項４に記載の発明では、フィルタ電源は、電気抵抗を、駆動電圧の出力端子に有する。
また、請求項５に記載の発明にかかる電子顕微鏡は、請求項１ないし４のいずれか１つに記載の発明において、前記フィルタ電源が、前記駆動電流の出力端子と電気的に接続され、ＡＣ電流を重畳するＡＣ電流源を備えることを特徴とする。
【００１９】
この請求項５に記載の発明では、フィルタ電源は、ＡＣ電流源を、駆動電流の出力端子と電気的に接続し、ＡＣ電流を重畳する。
また、請求項６に記載の発明にかかる電子顕微鏡は、請求項５に記載の発明において、前記制御部が、前記フィルタ電源から出力される駆動電流の大きさを変更する際に、前記変更の直後に前記ＡＣ電流を重畳することを特徴とする。
【００２０】
この請求項６に記載の発明では、制御部は、フィルタ電源から出力される駆動電流の大きさを変更する際に、この変更の直後にＡＣ電流を重畳する。
また、請求項７に記載の発明にかかる電子顕微鏡は、請求項５または６に記載の発明において、前記制御部が、前記電子ビームを単色化しない際に、前記駆動電流の出力を概ね零アンペアとし、前記ＡＣ電流を前記出力に重畳の後に、前記モノクロメータ電源の出力および前記ウイーンフィルタを電気的に接続することを特徴とする。
【００２１】
この請求項７に記載の発明では、制御部は、電子ビームを単色化しない際に、駆動電流の出力を概ね零アンペアとし、ＡＣ電流をこの出力に重畳の後に、モノクロメータ電源の出力およびウイーンフィルタを電気的に接続する。
【発明の効果】
【００２２】
以上説明したように、請求項１に記載の発明によれば、電源切換手段により、モノクロメータ電源あるいはフィルタ電源の出力とウイーンフィルタとを電気的に切り換え接続し、制御部は、電子ビームを単色化しない際に、駆動電圧の出力を概ね零ボルトとし、モノクロメータ電源の出力およびウイーンフィルタを電気的に接続することとしているので、ウイーンフィルタを確実にオフ状態として取得データの劣化を押さえ、フィルタ電源およびモノクロメータ電源、さらには電子ビーム加速電源のオンオフを行うことなく、速やかにモノクロメータのオンオフを行うことができる。
【００２３】
請求項２に記載の発明によれば、電源切換手段は、３端子スイッチの各端子と、モノクロメータ電源、フィルタ電源およびウイーンフィルタの３つの入出力端子とが電気的に接続されることとしているので、２つの電源出力端子とウイーンフィルタとの接続を確実に切り換えることができる。
【００２４】
請求項３に記載の発明によれば、電源切換手段は、２端子スイッチの各端子と、フィルタ電源およびウイーンフィルタを電気的に接続する電源ライン、並びに、モノクロメータ電源の入出力端子とが電気的に接続されることとしているので、２つの電源出力端子とウイーンフィルタとの接続を、簡易な構成で確実に切り換えることができる。
【００２５】
請求項４に記載の発明によれば、フィルタ電源は、電気抵抗を、駆動電圧の出力端子に有することとしているので、電源の切り換え時に生じる突入電流を小さなものにすることができる。
【００２６】
請求項５に記載の発明によれば、フィルタ電源は、ＡＣ電流源を、駆動電流の出力端子と電気的に接続し、ＡＣ電流を重畳することとしているので、ウイーンフィルタ内の磁性体に存在する残留磁化を抹消し、モノクロメータの収差を減少させ、ひいては取得データの劣化を押さえることができる。
【００２７】
請求項６に記載の発明によれば、制御部は、フィルタ電源から出力される駆動電流の大きさを変更する際に、この変更の直後にＡＣ電流を重畳することとしているので、駆動電流の変更ごとに磁性体を残留磁化の存在しない初期状態とすることができる。
【００２８】
請求項７に記載の発明によれば、制御部は、電子ビームを単色化しない際に、駆動電流の出力を概ね零アンペアとし、ＡＣ電流をこの出力に重畳の後に、モノクロメータ電源の出力およびウイーンフィルタを電気的に接続することとしているので、モノクロメータのオフ状態を残留磁化の存在しない初期状態とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる電子顕微鏡を実施するための最良の形態について説明する。なお、これにより本発明が限定されるものではない。
（実施の形態１）
まず、本実施の形態１にかかる電子顕微鏡の全体構成について説明する。図１は、本実施の形態１にかかる電子顕微鏡の一例である透過型電子顕微鏡９の全体構成を示すブロック図である。透過型電子顕微鏡９は、鏡筒部１０の内部に電子銃１１、モノクロメータ１２、集束レンズ１３、試料１４、拡大レンズ１５および蛍光板１６を含み、鏡筒部１０の壁面には、蛍光板１６の画像を観察するのぞき窓１７、鏡筒部１０の外部に電源部２０、ドライブ部２１、制御部２２および入力部２３を含む。ここで、鏡筒部１０の内部は、高真空に保たれており、鏡筒部１０の内部に存在する残留ガスにより、後述する電子ビーム１が散乱されることを防止している。なお、鏡筒部１０には、図示しない真空ポンプが接続されている。
【００３０】
電子銃１１は、加熱されたフィラメントから放出される電子を陽極と電子銃間にかかる電圧で加速し、試料１４に照射する電子ビーム１を生成する。モノクロメータ１２は、電子ビーム１に含まれる電子から、単一の電子エネルギーを有するもののみを抽出する単色化を行う。なお、モノクロメータ１２は、後述する制御により、単色化がオンオフされる。
【００３１】
集束レンズ１３は、モノクロメータ１２から射出された電子ビーム１を、一様なビームとして試料１４に照射する。ここで、集束レンズ１３は、複数のレンズにより構成され、収差の少ないものとされる。
【００３２】
拡大レンズ１５は、試料１４を透過した電子ビーム１を拡大し、蛍光板１６上に投影する。拡大レンズ１５は、対物レンズ、複数の中間レンズおよび投影レンズ等により構成されている。そして、これらレンズには、電流を供給し、電子ビーム１の磁界を励起するドライブ部２１およびドライブ部２１による励磁を制御する制御部２２が接続されており、蛍光板１６上に投影される像の倍率が変更される。
【００３３】
蛍光板１６は、電子ビーム１の強度に比例する蛍光を発し、試料１４の透過像を形成する。そして、オペレータは、例えば、鏡筒部１０の側面に位置するのぞき窓１７から蛍光板１６上の透過像を観察する。また、透過像を記録する際には、蛍光板１６の下に配設される乾板等が用いられる。
【００３４】
電源部２０は、電子銃１１およびモノクロメータ１２に電圧および電流を供給する電源である。なお、電源部２０の詳細については、後述する。
制御部２２は、電源部２０およびドライブ部２１を制御して、電子銃１１およびモノクロメータ１２のオンオフ、並びに、蛍光板１６上の透過像の拡大率等の設定を行う。
【００３５】
入力部２３は、キーボード等からなり、制御部２２への設定値情報の入力を行う。ここで、設定値情報は、モノクロメータ１２のオンオフ情報、蛍光板１６上に投影される拡大率情報等を含む。
【００３６】
図２は、電子銃１１、モノクロメータ１２および電源部２０の詳細を示すブロック部である。電子銃１１は、フィラメント５１、グリッド５２およびアノード５３を有し、フィラメント５１は熱電子を放出し、グリッド５２は電子線量のコントロール等を行い、アノード５３は電子線の加速を行う。
【００３７】
モノクロメータ１２は、筐体４７、ウイーンフィルタ４３およびスリット４６を有する。筐体４７は、電気的な導体からなるウイーンフィルタ４３およびスリット４６を内蔵する容器で、通過する電子ビーム１の電位を安定させ、ひいてはウイーンフィルタ４３の動作を安定させる。
【００３８】
ウイーンフィルタ４３は、電子ビーム１のエネルギーフィルタで、電子ビーム１から単一エネルギーの電子のみを抽出する。図３は、ウイーンフィルタ４３の構成を示す図である。ウイーンフィルタ４３は、電子ビーム１の進行方向と直交する面内で、互いに直交する静電場Ｅおよび静磁場Ｂを形成する。この静電場Ｅは、電極板４４間に電圧を印加することにより形成され、また静磁場Ｂは、磁性体４５に巻かれたコイルに電流を流すことにより形成される。
【００３９】
なお、ウイーンフィルタ４３では、目的とする単一エネルギーを有する電子は、電子に作用する静電場Ｅによる静電気力および静磁場Ｂによるローレンツ力が等しくなり、ウイーンフィルタ４３内を直進し、目的としないエネルギーを有する電子は、ウイーンフィルタ４３内で曲線軌道を描き、進行方向に向かって扇型に拡がる電子ビームを形成する。
【００４０】
図２に戻り、スリット４６は、ウイーンフィルタ４３を通過した扇型に拡がる電子ビーム１の中心部分のみを選択的に透過させる。これにより、単一エネルギーの電子ビームのみが、電子ビーム１から抽出される。なお、スリット４６は、単一エネルギーの電子ビーム１が通過する開口部の広さを、開口部調節機構により変化させる。
【００４１】
電源部２０は、加速電源３１、電子銃電源３２、モノクロメータ電源３３、スリット電源３４、フィルタ電源３５および電源切換手段４０を含む。加速電源３１は、電子銃１１で発生された電子を加速するための電源で、数十万ボルト程度の電圧を有し、鏡筒部１０の接地端子に対して負の電圧を発生する。
【００４２】
電子銃電源３２は、加速電源３１の出力電圧を接地電位として、電子銃１１で必要とされる電圧および電流を形成する。これら電源としては、電子銃１１のフィラメント５１に供給するフィラメント電流、グリッド５２に供給するバイアス電圧、アノード５３に供給するアノード電圧が含まれる。
【００４３】
モノクロメータ電源３３は、加速電源３１の出力電圧を接地電位として、モノクロメータ１２で必要とされる筐体電圧を形成する。この筐体電圧は、筐体の接地電位に対して数キロボルトの正電圧を有し、モノクロメータ１２の筐体４７と電気的に接続される。
【００４４】
フィルタ電源３５は、モノクロメータ電源３３の出力電圧を接地電位として、ウイーンフィルタ４３の電極板４４および磁性体４５に巻かれたコイルで必要とされる電圧および電流を形成する。フィルタ電源３５は、駆動電圧源３６および駆動電流源３７を有する。駆動電圧源３６は、電極板４４の供給される１キロボルト程度の電圧を形成する。駆動電流源３７は、磁性体４５のコイルに供給される数百ミリアンペア程度の電流を形成する。なお、駆動電圧源３６は、出力電圧が可変となっており、零ボルトから１キロボルト程度までの出力電圧を、制御部２２からの指示により設定することができ、また、駆動電流源３７は、出力電流が可変となっており、零アンペアから数百ミリアンペア程度までの出力電流を、制御部２２からの指示により設定することができる。
【００４５】
電源切換手段４０は、３端子スイッチ４１および４２を有する。３端子スイッチ４１は、１つの共接続端子および２つの切り換え端子からなり、共接続端子は、電極板４４の一方の電極に接続され、切り換え端子の一方の端子は、駆動電圧源３６の出力端子、そして切り換え端子のもう一方の端子は、モノクロメータ電源３３の出力端子に接続される。なお、電極板４４のもう一方の電極板は、筐体４７と同電位にされる。
【００４６】
３端子スイッチ４２は、３端子スイッチ４１と同様の接点構成からなり、共接続端子は、磁性体４５に巻かれるコイルの一方の端子に接続され、切り換え端子の一方の端子は、駆動電流源３７の出力端子に接続され、そして切り換え端子のもう一方の端子は、モノクロメータ電源３３の出力端子に接続される。ここで、３端子スイッチ４１および４２は、制御部２２からの同一の指示信号により、接続端子の切り換えを同期して行う。
【００４７】
つづいて、本実施の形態１にかかる透過型電子顕微鏡９の動作について説明する。図４は、透過型電子顕微鏡９の動作を示すフローチャートである。まず、オペレータは、透過型電子顕微鏡９の電源を入力する（ステップＳ４００）。この入力により、電源部２０を構成する加速電源３１、電子銃電源３２、モノクロメータ電源３３、フィルタ電源３５およびスリット電源がオンとされる。なお、この電源入力の後に、透過型電子顕微鏡９が動作可能な程度に電源出力が安定する迄、数時間を要する。
【００４８】
その後、制御部２２は、透過型電子顕微鏡９各部の初期設定を行う（ステップＳ４０１）。この初期設定では、３端子スイッチ４１および４２は、フィルタ電源３５側に接続される。
【００４９】
その後、オペレータは、入力部２３から、モノクロメータ１２をオン状態としてデータの収集を行うか、オフ状態でデータの収集を行うかの設定を行う（ステップＳ４０２）。そして、制御部２２は、モノクロメータ１２の設定がオフであるかどうかを判定する（ステップＳ４０３）。
【００５０】
ここで、制御部２２は、モノクロメータ１２の設定がオフである場合には（ステップＳ４０３肯定）、駆動電圧源３６の出力電圧を０ボルトに調整し（ステップＳ４０４）、その後、３端子スイッチ４１の切り換え端子をモノクロメータ電源３３の出力端子側、すなわち駆動電圧源３６の接地電位であり筐体４７の電位でもある端子に切り換えて接続する（ステップＳ４０５）。これにより、電極板４４は、電気的に安定したオフ状態となる。また、制御部２２は、モノクロメータ１２の設定がオンである場合には（ステップＳ４０３否定）、３端子スイッチ４１の切り換え端子を駆動電圧源３６の出力端子側に切り換えて接続する（ステップＳ４０６）。なお、３端子スイッチ４１の切り換えに同期して、３端子スイッチ４２も同様の切り換えを行い、磁性体４５のコイルへの電流供給をオンオフする。
【００５１】
その後、オペレータは、入力部２３から、加速電圧、画像のコントラスト、照射電流、試料位置、スリット４６の開口幅および倍率等のデータ取得条件を設定し（ステップＳ４０７）、データの取得を行う（ステップＳ４０８）。
【００５２】
その後、オペレータは、モノクロメータ１２のオンオフを切り換えて再度データの取得を行うかどうかを判定する（ステップＳ４０９）。そして、モノクロメータ１２のオンオフを切り換えて再度データの取得を行う場合には（ステップＳ４０９肯定）、ステップＳ４００で電源のオンオフを行うこと無くステップＳ４０２に移行し、モノクロメータ１２のオンオフ設定を行う。そして、制御部２２は、このオンオフ設定に基づいてステップＳ４０４および４０５、あるいは、ステップＳ４０６を実行する。また、制御部２２は、モノクロメータ１２のオンオフを切り換えない場合には（ステップＳ４０９否定）、本処理を終了する。
【００５３】
上述してきたように、本実施の形態１では、モノクロメータ１２のオンオフ動作を、ステップＳ４００で行う電源のオンオフ動作を繰り返し行うことなく、駆動電圧源３６の出力電圧調整および３端子スイッチ４１の切り換え動作のみで行うこととしているので、電源のオンオフに伴う出力電圧の安定化までの時間を設けること無く、確実で信頼性の高いモノクロメータ１２のオンオフ動作を行うことができる。
【００５４】
また、本実施の形態１では、透過型電子顕微鏡９を用いた例を示したが、走査型電子顕微鏡を用いて全く同様の構成および動作を行わせることもできる。
また、本実施の形態１では、駆動電圧源３６の出力端子は、３端子スイッチ４１の端子と直接に電気接続されることとしたが、抵抗を介して接続することもできる。これにより、３端子スイッチ４１の切り換え時に生じる突入電流等の防止を計り、安全性を向上することができる。
（実施の形態２）
ところで、上記実施の形態１では、３端子スイッチ４１および４２を用いて、モノクロメータ１２の動作をオンオフさせたが、２端子スイッチを用いた簡単な構成で、同様の動作を行わせることもできる。そこで本実施の形態２では、２端子スイッチを用いて、モノクロメータ１２の動作をオンオフさせる場合を示すことにする。
【００５５】
図５は、本実施の形態２にかかる電源部６０の構成を示すブロック図である。なお、電源部６０は、実施の形態１の電源部２０に対応するものであり、透過型電子顕微鏡９のその他の構成は、図１および３に示すものと全く同様であるので詳しい説明を省略する。
【００５６】
電源部６０は、加速電源３１、電子銃電源３２、モノクロメータ電源３３、スリット電源３４、フィルタ電源５５および電源切換手段５０を含む。ここで、加速電源３１、電子銃電源３２、モノクロメータ電源３３およびスリット電源３４は、実施の形態１と全く同様であるので説明を省略する。
【００５７】
フィルタ電源５５は、モノクロメータ電源３３の出力電圧を接地電位として、ウイーンフィルタ４３の電極板４４および磁性体４５に巻かれたコイルで必要とされる電圧および電流を形成する。フィルタ電源５５は、駆動電圧源３６、駆動電流源３７および抵抗５８を有する。ここで、駆動電圧源３６および駆動電流源３７は、実施の形態１に示すものと全く同様である。
【００５８】
駆動電圧源３６は、電圧出力端子に抵抗５８を有する。抵抗５８は、後述する様に２端子スイッチ５６の両端子間に若干電位が異なる２つの電源が接続されることによる、電位の不一致、ひいては電源の破損を未然の防ぐ役割を有する。
【００５９】
電源切換手段５０は、２端子スイッチ５６および５７を有する。２端子スイッチ５６は、２つの端子を有し、一方の端子は、電極板４４の一方の電極と駆動電圧源３６とを接続する電源ラインに電気的に接続されており、もう一方の端子はモノクロメータ電源３３の出力端子に接続される。なお、電極板４４のもう一方の電極は、筐体４７と同電位にされる。
【００６０】
２端子スイッチ５７は、２端子スイッチ５６と同様の接点構造を有し、一方の端子は、磁性体４５に巻かれるコイルの一方の端子と駆動電流源３７とを接続する電源ラインに電気的に接続され、もう一方の端子は、モノクロメータ電源３３の出力端子に接続される。
【００６１】
ここで、本実施の形態２にかかる透過型電子顕微鏡９の動作は、図４のフローチャートに示されるものと全く同様であり詳しい説明を省略する。なお、制御部２２からの指示により、３端子スイッチ４１および４２の切り換えタイミングと全く同様のタイミングで、２端子スイッチ５６および５７がオンオフされる。しかし、図４のステップＳ４０５あるいは４０６で行われる２端子スイッチ５６および５７の切り換え動作は、実施の形態１と異なるので、詳しく説明する。
【００６２】
ステップＳ４０５では、２端子スイッチ５６および５７は接続状態であるオンにされる。ここで、駆動電圧源３６の出力電圧はステップＳ４０４で概ね０ボルトに設定されているものの、若干の出力電圧を有する。一方、２端子スイッチ５６の一方の端子はモノクロメータ電源３３の出力端子、すなわち駆動電圧源３６の接地電位に接続されている。これにより、２端子スイッチ５６が接続状態にある場合には、抵抗５８により、２端子スイッチ５６の両端子間に生じる若干の電位差が吸収され、駆動電圧源３６あるいはモノクロメータ電源３３にとって好ましい状態となる。
【００６３】
また、ステップＳ４０６では、２端子スイッチ５６および５７は切り離し状態であるオフにされる。この際、駆動電圧源３６の出力は、電極板４４に印加される。一方、消費電流は小さいので、抵抗５８の電圧降下は無視される程に小さい。
【００６４】
上述してきたように、本実施の形態２では、モノクロメータ１２のオンオフ動作を、抵抗５８を出力端子に有する駆動電圧源３６とモノクロメータ電源３３との２端子スイッチ５６によるオンオフの切り換え動作で行うこととしているので、簡易な構成で、電源のオンオフに伴う出力電圧の安定化までの時間を設けること無く、確実で信頼性の高いモノクロメータ１２のオンオフ動作を行うことができる。
（実施の形態３）
ところで、上記実施の形態１および２では、駆動電流源３７および磁性体４５に巻かれたコイルを接続する電源ラインは、モノクロメータ１２のオンオフ動作に同期してオンオフ動作することとしたが、このオンオフ動作に付随して発生する磁性体４５の残留磁場を除去するために、オンオフ動作の際にＡＣ励磁を行うこともできる。そこで本実施の形態３では、駆動電流源３７のオンオフ動作時に出力電流にＡＣ励磁を行う場合を示すことにする。
【００６５】
ここで、磁性体４５の残留磁場について簡単に説明する。磁性体４５は、いわゆるヒステリシス特性を有し、駆動電流源３７から供給される励磁電流およびこの励磁電流により形成される磁場は、１対１の関係になく過去の励磁履歴に依存する。例えば、磁場の存在しない初期状態から磁性体４５を巻くコイルに電流を流し磁場を形成し、その後電流をオフにした場合には、磁性体４５は初期状態に戻らず残留磁化を残存させる。この残留磁化は、モノクロメータ１２の正常動作を妨げるものであり、消磁により初期化されることが好ましい。そして、この消磁は、ＡＣ電流を磁性体４５に印加することによりなされる。
【００６６】
図６は、本実施の形態３にかかる電源部７０および制御部７３の構成を示すブロック図である。なお、電源部７０および制御部７３は、実施の形態１の電源部２０および制御部２２に対応するものであり、透過型電子顕微鏡９のその他の構成は、図１および３に示すものと全く同様であるので詳しい説明を省略する。
【００６７】
電源部７０は、加速電源３１、電子銃電源３２、モノクロメータ電源３３、スリット電源３４、フィルタ電源７５および電源切換手段４０を含む。ここで、加速電源３１、電子銃電源３２、モノクロメータ電源３３、スリット電源３４および電源切換手段４０は、実施の形態１と全く同様であるので説明を省略する。
【００６８】
フィルタ電源７５は、モノクロメータ電源３３の出力電圧を接地電位として、ウイーンフィルタ４３の電極板４４および磁性体４５で必要とされる電圧および電流を形成する。フィルタ電源７５は、駆動電圧源３６、駆動電流源３７およびＡＣ電流源７２を有する。ここで、駆動電圧源３６および駆動電流源３７は、実施の形態１に示すものと全く同様である。
【００６９】
ＡＣ電流源７２は、制御部７３からの指示により、３端子スイッチ４２の切り換えタイミングに同期してＡＣ電流を発生する。そして、このＡＣ電流は、駆動電流源３７の出力に電流加算され、磁性体４５に出力される。図７は、ＡＣ電流源７２により発生されるＡＣ電流波形の一例である。ＡＣ電流波形は、所定の振幅Ａを有する持続時間ｔ１の振動波形およびこの振動波形に連続する持続時間ｔ２の減衰波形からなる。ここで、振幅Ａ、持続時間ｔ１およびｔ２は、残留磁場を消磁するのに最適な値に、あらかじめ実験的に決定される。
【００７０】
制御部７３は、駆動電圧源３６および駆動電流源３７の出力電圧および出力電流を制御すると共に、ＡＣ電流源７２のＡＣ電流波形の出力タイミングを制御する。
つづいて、本実施の形態３にかかる透過型電子顕微鏡９の動作について説明する。図８は、本実施の形態３にかかる透過型電子顕微鏡９の動作を示すフローチャートである。まず、オペレータは、透過型電子顕微鏡９の電源を入力する（ステップＳ８００）。この入力により、電源部２０を構成する加速電源３１、電子銃電源３２、モノクロメータ電源３３、フィルタ電源３５およびスリット電源がオンとされる。なお、この電源入力の後に、透過型電子顕微鏡９が動作可能な程度に電源出力が安定する迄、数時間を要する。
【００７１】
その後、制御部７３は、透過型電子顕微鏡９各部の初期設定を行う（ステップＳ８０１）。この初期設定では、３端子スイッチ４１および４２は、フィルタ電源７５側に接続される。
【００７２】
その後、オペレータは、入力部２３から、モノクロメータ１２をオン状態としてデータの収集を行うか、オフ状態でデータの収集を行うかの設定を行う（ステップＳ８０２）。そして、制御部２２は、モノクロメータ１２の設定がオフであるかどうかを判定する（ステップＳ８０３）。
【００７３】
ここで、制御部７３は、モノクロメータ１２の設定がオフである場合には（ステップＳ４０３肯定）、駆動電流源３７の出力電流を０Ａ（アンペア）に調整し（ステップＳ８０４）、図７に示すようなＡＣ電流波形を磁性体４５に印加しＡＣ励磁を行う（ステップＳ８０５）。その後、３端子スイッチ４１の切り換え端子をモノクロメータ電源３３の出力端子側、すなわち駆動電流源３７の接地電位であり筐体４７の電位でもある端子に切り換えて接続する（ステップＳ８０６）。
【００７４】
また、制御部７３は、モノクロメータ１２の設定がオンである場合には（ステップＳ８０３否定）、３端子スイッチ４２の切り換え端子を駆動電流源３７の出力端子側に切り換えて接続する（ステップＳ８０７）。そして、制御部７３は、駆動電流源３７の出力電流を設定値とし（ステップＳ８０８）、図７に示すようなＡＣ電流波形を磁性体４５に印加しＡＣ励磁を行う（ステップＳ８０９）。
【００７５】
その後、オペレータは、入力部２３から、加速電圧、画像のコントラスト、照射電流、試料位置、スリット４６の開口幅および倍率等のデータ取得条件を設定し（ステップＳ８１０）、データの取得を行う（ステップＳ８１１）。
【００７６】
その後、オペレータは、モノクロメータ１２の設定を切り換えて再度データの取得を行うかどうかを判定する（ステップＳ８１２）。そして、モノクロメータ１２の設定を切り換えて再度データの取得を行う場合には（ステップＳ８１２肯定）、ステップＳ８００で電源のオンオフを行うこと無くステップＳ８０２に移行し、モノクロメータ１２のオンオフ設定を行い、このオンオフ設定に基づいて、ステップＳ８０４〜８０６、あるいは、ステップＳ８０７〜８０９を実行する。また、モノクロメータ１２のオンオフを切り換えない場合には（ステップＳ８１２否定）、本処理を終了する。
【００７７】
図９は、モノクロメータ１２の設定変更が行われた際に、駆動電流源３７およびＡＣ電流源７２から出力される電流波形を示す図である。横軸は時間、縦軸は駆動電流源３７およびＡＣ電流源７２の出力が加算された出力電流である。例えば、時間Ｔ１に駆動電流源３７の出力電流の設定を設定＃１から設定＃２に変更する場合には、出力電流の変更と同時に図７に示す様なＡＣ電流が重畳される。また、時間Ｔ２にモノクロメータ１２がオフに設定された場合には、駆動電流源３７の出力電流が０Ａとされ、この出力電流の変更と同時に図７に示す様なＡＣ電流が重畳される。そして、ＡＣ電流の減衰が終了した後に、３端子スイッチ４２は、モノクロメータ電源３３の出力端子に切り換え接続を行う。この様に、設定変更の切り換え初期に、出力電流にＡＣ電流を重畳し残留磁化の消磁を行う。
【００７８】
上述してきたように、本実施の形態３では、モノクロメータ１２の設定変更時に、駆動電流源３７の出力にＡＣ電流を重畳し、消磁を行うこととしているので、駆動電流源３７の出力電流の再設定、さらにはモノクロメータ１２のオンオフ設定の様な駆動電流源３７の出力電流の大きな変化の際にも、磁性体４５に残存する残留磁化の消磁を行い、確実で高い信頼性を持ってモノクロメータ１２を動作させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】透過型電子顕微鏡の全体構成を示すブロック図である。
【図２】実施の形態１にかかる電源部の構成を示すブロック図である。
【図３】モノクロメータに内蔵されるウイーンフィルタの構成を示す外観図である。
【図４】実施の形態１にかかる透過型電子顕微鏡の動作を示すフローチャートである。
【図５】実施の形態２にかかる電源部の構成を示すブロック図である。
【図６】実施の形態３にかかる電源部の構成を示すブロック図である。
【図７】ＡＣ電流源の出力電流波形の一例を示す説明図である。
【図８】実施の形態３にかかる透過型電子顕微鏡の動作を示すフローチャートである。
【図９】実施の形態３にかかるフィルタ電源の設定変更時の出力電流を示す説明図である。
【符号の説明】
【００８０】
１  電子ビーム
９  透過型電子顕微鏡
１０  鏡筒部
１１  電子銃
１２  モノクロメータ
１３  集束レンズ
１４  試料
１５  拡大レンズ
１６  蛍光板
１７  のぞき窓
２０、６０、７０  電源部
２１  ドライブ部
２２、７３  制御部
２３  入力部
３１  加速電源
３２  電子銃電源
３３  モノクロメータ電源
３４  スリット電源
３５、５５、７５  フィルタ電源
３６  駆動電圧源
３７  駆動電流源
４０、５０  電源切換手段
４１、４２  ３端子スイッチ
４３  ウイーンフィルタ
４４  電極板
４５  磁性体
４６  スリット
４７  筐体
５１  フィラメント
５２  グリッド
５３  アノード
５６、５７  ２端子スイッチ
５８  抵抗
７２  ＡＣ電流源
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2006269101.tif 000008
【図７】
2006269101.tif 000009
【図８】
2006269101.tif 000010
【図９】
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